java 设计模式之几种常见设计模式详解 demo

1.单例模式

单例模式，它的定义就是确保某一个类只有一个实例，并且提供一个全局访问点。

单例模式具备典型的3个特点：1、只有一个实例。 2、自我实例化。 3、提供全局访问点。

因此当系统中只需要一个实例对象或者系统中只允许一个公共访问点，除了这个公共访问点外，不能通过其他访问点访问该实例时，可以使用单例模式。

单例模式的主要优点就是节约系统资源、提高了系统效率，同时也能够严格控制客户对它的访问。也许就是因为系统中只有一个实例，这样就导致了单例类的职责过重，违背了“单一职责原则”，同时也没有抽象类，所以扩展起来有一定的困难。其UML结构图非常简单，就只有一个类，如下图：

简单点说，就是一个应用程序中，某个类的实例对象只有一个，你没有办法去new，因为构造器是被private修饰的，一般通过getInstance()的方法来获取它们的实例。

getInstance()的返回值是一个对象的引用，并不是一个新的实例，所以不要错误的理解成多个对象。单例模式实现起来也很容易，直接看demo吧

public class Singleton {private static Singleton singleton;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (singleton == null) {singleton = new Singleton();}return singleton;
}
}

上面的是最基本的写法，也叫懒汉写法（线程不安全）下面我再公布几种单例模式的写法：

懒汉式写法（线程安全）

public class Singleton {  private static Singleton instance;  private Singleton (){}  public static synchronized Singleton getInstance() {  if (instance == null) {  instance = new Singleton();  }  return instance;  }
}

饿汉式写法

public class Singleton {  private static Singleton instance = new Singleton();  private Singleton (){}  public static Singleton getInstance() {  return instance;  }
}

静态内部类

public class Singleton {  private static class SingletonHolder {  private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  }  private Singleton (){}  public static final Singleton getInstance() {  return SingletonHolder.INSTANCE;  }
}

枚举

public enum Singleton {  INSTANCE;  public void whateverMethod() {  }
}

这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象，可谓是很坚强的壁垒啊，不过，个人认为由于1.5中才加入enum特性，用这种方式写不免让人感觉生疏。

public class Singleton {  private volatile static Singleton singleton;  private Singleton (){}  public static Singleton getSingleton() {  if (singleton == null) {  synchronized (Singleton.class) {  if (singleton == null) {  singleton = new Singleton();  }  }  }  return singleton;  }
}

总结：我个人比较喜欢静态内部类写法和饿汉式写法，其实这两种写法能够应付绝大多数情况了。其他写法也可以选择，主要还是看业务需求吧。

2.观察者模式

何谓观察者模式？观察者模式定义了对象之间的一对多依赖关系，这样一来，当一个对象改变状态时，它的所有依赖者都会收到通知并且自动更新。

在这里，发生改变的对象称之为观察目标，而被通知的对象称之为观察者。一个观察目标可以对应多个观察者，而且这些观察者之间没有相互联系，所以么可以根据需要增加和删除观察者，使得系统更易于扩展。所以观察者提供了一种对象设计，让主题和观察者之间以松耦合的方式结合。
观察者模式包含如下角色：
Subject: 目标
ConcreteSubject: 具体目标
Observer: 观察者
ConcreteObserver: 具体观察者

举个栗子：假设有三个人，小美（女，22），小王和小李。小美很漂亮，小王和小李是两个程序猿，时刻关注着小美的一举一动。有一天，小美说了一句：“谁来陪我打游戏啊。”这句话被小王和小李听到了，结果乐坏了，蹭蹭蹭，没一会儿，小王就冲到小美家门口了，在这里，小美是被观察者，小王和小李是观察者，被观察者发出一条信息，然后观察者们进行相应的处理，看代码：

public interface Person {//小王和小李通过这个接口可以接收到小美发过来的消息void getMessage(String s);
}

这个接口相当于小王和小李的电话号码，小美发送通知的时候就会拨打getMessage这个电话，拨打电话就是调用接口，看不懂没关系，先往下看

public class LaoWang implements Person {private String name = "小王";public LaoWang() {}@Overridepublic void getMessage(String s) {System.out.println(name + "接到了小美打过来的电话，电话内容是：" + s);}}public class LaoLi implements Person {private String name = "小李";public LaoLi() {}@Overridepublic void getMessage(String s) {System.out.println(name + "接到了小美打过来的电话，电话内容是：->" + s);}}

代码很简单，我们再看看小美的代码：

public class XiaoMei {List<Person> list = new ArrayList<Person>();public XiaoMei(){}public void addPerson(Person person){list.add(person);}//遍历list，把自己的通知发送给所有暗恋自己的人public void notifyPerson() {for(Person person:list){person.getMessage("你们过来吧，谁先过来谁就能陪我一起玩儿游戏!");}}
}

我们写一个测试类来看一下结果对不对

public class Test {public static void main(String[] args) {XiaoMei xiao_mei = new XiaoMei();LaoWang lao_wang = new LaoWang();LaoLi lao_li = new LaoLi();//小王和小李在小美那里都注册了一下xiao_mei.addPerson(lao_wang);xiao_mei.addPerson(lao_li);//小美向小王和小李发送通知xiao_mei.notifyPerson();}
}

3.装饰者模式

我们可以通过继承和组合的方式来给一个对象添加行为，虽然使用继承能够很好拥有父类的行为，但是它存在几个缺陷：一、对象之间的关系复杂的话，系统变得复杂不利于维护。二、容易产生“类爆炸”现象。三、是静态的。在这里我们可以通过使用装饰者模式来解决这个问题。

装饰者模式，动态地将责任附加到对象上。若要扩展功能，装饰者提供了比继承更加有弹性的替代方案。虽然装饰者模式能够动态将责任附加到对象上，但是他会产生许多的细小对象，增加了系统的复杂度。
模式结构
装饰模式包含如下角色：
Component: 抽象构件
ConcreteComponent: 具体构件
Decorator: 抽象装饰类
ConcreteDecorator: 具体装饰类

对已有的业务逻辑进一步的封装，使其增加额外的功能，如Java中的IO流就使用了装饰者模式，用户在使用的时候，可以任意组装，达到自己想要的效果。举个栗子，我想吃三明治，首先我需要一根大大的香肠，我喜欢吃奶油，在香肠上面加一点奶油，再放一点蔬菜，最后再用两片面包夹一下，很丰盛的一顿午饭，营养又健康。那我们应该怎么来写代码呢？首先，我们需要写一个Food类，让其他所有食物都来继承这个类，看代码：

public class Food {private String food_name;public Food() {}public Food(String food_name) {this.food_name = food_name;}public String make() {return food_name;};
}

代码很简单，我就不解释了，然后我们写几个子类继承它：

//面包类
public class Bread extends Food {private Food basic_food;public Bread(Food basic_food) {this.basic_food = basic_food;}public String make() {return basic_food.make()+"+面包";}
}//奶油类
public class Cream extends Food {private Food basic_food;public Cream(Food basic_food) {this.basic_food = basic_food;}public String make() {return basic_food.make()+"+奶油";}
}//蔬菜类
public class Vegetable extends Food {private Food basic_food;public Vegetable(Food basic_food) {this.basic_food = basic_food;}public String make() {return basic_food.make()+"+蔬菜";}}

这几个类都是差不多的，构造方法传入一个Food类型的参数，然后在make方法中加入一些自己的逻辑，如果你还是看不懂为什么这么写，不急，你看看我的Test类是怎么写的，一看你就明白了

public class Test {public static void main(String[] args) {Food food = new Bread(new Vegetable(new Cream(new Food("香肠"))));System.out.println(food.make());}
}

看到没有，一层一层封装，我们从里往外看：最里面我new了一个香肠，在香肠的外面我包裹了一层奶油，在奶油的外面我又加了一层蔬菜，最外面我放的是面包，是不是很形象，哈哈~ 这个设计模式简直跟现实生活中一摸一样，看懂了吗？我们看看运行结果吧

运行结果
一个三明治就做好了～

4.适配器模式

在我们的应用程序中我们可能需要将两个不同接口的类来进行通信，在不修改这两个的前提下我们可能会需要某个中间件来完成这个衔接的过程。这个中间件就是适配器。所谓适配器模式就是将一个类的接口，转换成客户期望的另一个接口。它可以让原本两个不兼容的接口能够无缝完成对接。

作为中间件的适配器将目标类和适配者解耦，增加了类的透明性和可复用性。

适配器模式包含如下角色：
Target：目标抽象类
Adapter：适配器类
Adaptee：适配者类
Client：客户类

将两种完全不同的事物联系到一起，就像现实生活中的变压器。假设一个手机充电器需要的电压是20V，但是正常的电压是220V，这时候就需要一个变压器，将220V的电压转换成20V的电压，这样，变压器就将20V的电压和手机联系起来了。

public class Test {public static void main(String[] args) {Phone phone = new Phone();VoltageAdapter adapter = new VoltageAdapter();phone.setAdapter(adapter);phone.charge();}
}// 手机类
class Phone {public static final int V = 220;// 正常电压220v，是一个常量private VoltageAdapter adapter;// 充电public void charge() {adapter.changeVoltage();}public void setAdapter(VoltageAdapter adapter) {this.adapter = adapter;}
}// 变压器
class VoltageAdapter {// 改变电压的功能public void changeVoltage() {System.out.println("正在充电...");System.out.println("原始电压：" + Phone.V + "V");System.out.println("经过变压器转换之后的电压:" + (Phone.V - 200) + "V");}
}

5.工厂模式

作为抽象工厂模式的孪生兄弟，工厂方法模式定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化的类是哪一个，也就是说工厂方法模式让实例化推迟到子类。

工厂方法模式非常符合“开闭原则”，当需要增加一个新的产品时，我们只需要增加一个具体的产品类和与之对应的具体工厂即可，无须修改原有系统。同时在工厂方法模式中用户只需要知道生产产品的具体工厂即可，无须关系产品的创建过程，甚至连具体的产品类名称都不需要知道。虽然他很好的符合了“开闭原则”，但是由于每新增一个新产品时就需要增加两个类，这样势必会导致系统的复杂度增加。其UML结构图：

1）.简单工厂模式：

一个抽象的接口，多个抽象接口的实现类，一个工厂类，用来实例化抽象的接口

// 抽象产品类
abstract class Car {public void run();public void stop();
}// 具体实现类
class Benz implements Car {public void run() {System.out.println("Benz开始启动了。。。。。");}public void stop() {System.out.println("Benz停车了。。。。。");}
}class Ford implements Car {public void run() {System.out.println("Ford开始启动了。。。");}public void stop() {System.out.println("Ford停车了。。。。");}
}// 工厂类
class Factory {public static Car getCarInstance(String type) {Car c = null;if ("Benz".equals(type)) {c = new Benz();}if ("Ford".equals(type)) {c = new Ford();}return c;}
}public class Test {public static void main(String[] args) {Car c = Factory.getCarInstance("Benz");if (c != null) {c.run();c.stop();} else {System.out.println("造不了这种汽车。。。");}}}工厂方法模式：有四个角色，抽象工厂模式，具体工厂模式，抽象产品模式，具体产品模式。不再是由一个工厂类去实例化具体的产品，而是由抽象工厂的子类去实例化产品// 抽象产品角色
public interface Moveable {void run();
}// 具体产品角色
public class Plane implements Moveable {@Overridepublic void run() {System.out.println("plane....");}
}public class Broom implements Moveable {@Overridepublic void run() {System.out.println("broom.....");}
}// 抽象工厂
public abstract class VehicleFactory {abstract Moveable create();
}// 具体工厂
public class PlaneFactory extends VehicleFactory {public Moveable create() {return new Plane();}
}public class BroomFactory extends VehicleFactory {public Moveable create() {return new Broom();}
}// 测试类
public class Test {public static void main(String[] args) {VehicleFactory factory = new BroomFactory();Moveable m = factory.create();m.run();}
}

2）.抽象工厂模式：

与工厂方法模式不同的是，工厂方法模式中的工厂只生产单一的产品，而抽象工厂模式中的工厂生产多个产品

/抽象工厂类
public abstract class AbstractFactory {public abstract Vehicle createVehicle();public abstract Weapon createWeapon();public abstract Food createFood();
}
//具体工厂类，其中Food,Vehicle，Weapon是抽象类，
public class DefaultFactory extends AbstractFactory{@Overridepublic Food createFood() {return new Apple();}@Overridepublic Vehicle createVehicle() {return new Car();}@Overridepublic Weapon createWeapon() {return new AK47();}
}
//测试类
public class Test {public static void main(String[] args) {AbstractFactory f = new DefaultFactory();Vehicle v = f.createVehicle();v.run();Weapon w = f.createWeapon();w.shoot();Food a = f.createFood();a.printName();}
}

6.代理模式（proxy）

代理模式就是给一个对象提供一个代理，并由代理对象控制对原对象的引用。它使得客户不能直接与真正的目标对象通信。代理对象是目标对象的代表，其他需要与这个目标对象打交道的操作都是和这个代理对象在交涉。

代理对象可以在客户端和目标对象之间起到中介的作用，这样起到了的作用和保护了目标对象的，同时也在一定程度上面减少了系统的耦合度。
代理模式包含如下角色：
 Subject: 抽象主题角色
 Proxy: 代理主题角色
 RealSubject: 真实主题角色

有两种，静态代理和动态代理。先说静态代理，很多理论性的东西我不讲，我就算讲了，你们也看不懂。什么真实角色，抽象角色，代理角色，委托角色。。。乱七八糟的，我是看不懂。之前学代理模式的时候，去网上翻一下，资料一大堆，打开链接一看，基本上都是给你分析有什么什么角色，理论一大堆，看起来很费劲，不信的话你们可以去看看，我是看不懂他们在说什么。咱不来虚的，直接用生活中的例子说话。（注意：我这里并不是否定理论知识，我只是觉得有时候理论知识晦涩难懂，喜欢挑刺的人一边去，你是来学习知识的，不是来挑刺的）
到了一定的年龄，我们就要结婚，结婚是一件很麻烦的事情，（包括那些被父母催婚的）。有钱的家庭可能会找司仪来主持婚礼，显得热闹，洋气～好了，现在婚庆公司的生意来了，我们只需要给钱，婚庆公司就会帮我们安排一整套结婚的流程。整个流程大概是这样的：家里人催婚->男女双方家庭商定结婚的黄道即日->找一家靠谱的婚庆公司->在约定的时间举行结婚仪式->结婚完毕
婚庆公司打算怎么安排婚礼的节目，在婚礼完毕以后婚庆公司会做什么，我们一概不知。。。别担心，不是黑中介，我们只要把钱给人家，人家会把事情给我们做好。所以，这里的婚庆公司相当于代理角色，现在明白什么是代理角色了吧。

代码实现请看：

//代理接口
public interface ProxyInterface {//需要代理的是结婚这件事，如果还有其他事情需要代理，比如吃饭睡觉上厕所，也可以写
void marry();
//代理吃饭(自己的饭，让别人吃去吧)
//void eat();
//代理拉屎，自己的屎，让别人拉去吧
//void shit();
}

好了，我们看看婚庆公司的代码:

public class WeddingCompany implements ProxyInterface {private ProxyInterface proxyInterface;public WeddingCompany(ProxyInterface proxyInterface) {this.proxyInterface = proxyInterface;
}@Override
public void marry() {System.out.println("我们是婚庆公司的");System.out.println("我们在做结婚前的准备工作");System.out.println("节目彩排...");System.out.println("礼物购买...");System.out.println("工作人员分工...");System.out.println("可以开始结婚了");proxyInterface.marry();System.out.println("结婚完毕，我们需要做后续处理，你们可以回家了，其余的事情我们公司来做");
}}

看到没有，婚庆公司需要做的事情很多，我们再看看结婚家庭的代码:

public class NormalHome implements ProxyInterface{@Override
public void marry() {System.out.println("我们结婚啦～");
}}

这个已经很明显了，结婚家庭只需要结婚，而婚庆公司要包揽一切，前前后后的事情都是婚庆公司来做，听说现在婚庆公司很赚钱的，这就是原因，干的活多，能不赚钱吗？

来看看测试类代码：

public class Test {public static void main(String[] args) {ProxyInterface proxyInterface = new WeddingCompany(new NormalHome());proxyInterface.marry();
}
}

运行结果如下：

7.生产者/消费者模式

某个模块负责产生数据，这些数据由另一个模块来负责处理（此处的模块是广义的，可以是类、函数、线程、进程等）。产生数据的模块，就形象地称为生产者；而处理数据的模块，就称为消费者。在生产者与消费者之间在加个缓冲区，我们形象的称之为仓库，生产者负责往仓库了进商品，而消费者负责从仓库里拿商品，这就构成了生产者消费者模式。结构图如下：

生产者消费者模式有如下几个优点：

1、解耦

由于有缓冲区的存在，生产者和消费者之间不直接依赖，耦合度降低。

2、支持并发

由于生产者与消费者是两个独立的并发体，他们之间是用缓冲区作为桥梁连接，生产者只需要往缓冲区里丢数据，就可以继续生产下一个数据，而消费者只需要从缓冲区了拿数据即可，这样就不会因为彼此的处理速度而发生阻塞。

3、支持忙闲不均

缓冲区还有另一个好处。如果制造数据的速度时快时慢，缓冲区的好处就体现出来 了。当数据制造快的时候，消费者来不及处理，未处理的数据可以暂时存在缓冲区中。 等生产者的制造速度慢下来，消费者再慢慢处理掉。

生产者-消费者模型准确说应该是“生产者-仓储-消费者”模型，这样的模型遵循如下的规则：

1、生产者仅仅在仓储未满时候生产，仓满则停止生产。
2、消费者仅仅在仓储有产品时候才能消费，仓空则等待。
3、当消费者发现仓储没产品可消费时候会通知生产者生产。
4、生产者在生产出可消费产品时候，应该通知等待的消费者去消费

此模型将要结合java.lang.Object的wait与notify、notifyAll方法来实现以上的需求。实例代码如下：

创建所谓的“仓库”，此类是（本质上：共同访问的）共享数据区域

//此类是（本质上：共同访问的）共享数据区域
public class SyncStack {private String[]  str = new String[10];private int index;//供生产者调用public synchronized void push(String sst){if(index == sst.length()){try {wait();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}this.notify();//唤醒在此对象监视器上等待的单个线程 str[index] = sst;index++;}//供消费者调用  public synchronized String pop(){if(index == 0){try {wait();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}this.notify();index--;String product = str[index];return product;}//就是定义一个返回值为数组的方法,返回的是一个String[]引用  public String[] pro(){return str;}
}

创建生产者：

public class Producter implements Runnable {private SyncStack stack;public Producter(SyncStack stack){this.stack = stack;}public void run(){for(int i = 0;i<stack.pro().length;i++){String producter = "产品" + i;stack.push(producter);System.out.println("生产了：" + producter);try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}}
}

创建消费者：

public class Consumer implements Runnable {private SyncStack stack;public Consumer(SyncStack stack){this.stack = stack;}public void run(){for(int i=0;i<stack.pro().length;i++){String consumer = stack.pop();System.out.println("消费了：" + consumer );try {Thread.sleep(400);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}}
}

测试类：

public class TestDeam {public static void main(String[] args) {SyncStack stack = new SyncStack();  Consumer p = new Consumer(stack);  Producter c = new Producter(stack);  new Thread(p).start();  new Thread(c).start(); }
}

测试结果：